Рідке біопаливо. Рослинні олії. Одержання біоетанолу, біометанолу, біодизелю.

Рідке біопаливо - рослинні оливи, біодизельне пальне, біометанол, біоетанол, біобутанол, вуглеводні, диметиловий ефір.

Етанол – етиловий спирт, що утворюється під впливом ферментів за використання біополімерів. При виробництві використовують компоненти біомаси: вуглеводи глюкоза крохмаль, целюлоза, геміцелюлоза. Процесу спиртової ферментації піддають прості цукри, отриманих внаслідок гідролізу полімерних речовин у воді чи водних розчинах. При гідролізі крохмалю утв. Декстрини, мальтоза і глюкоза. З геміцелюлози утворюються пентози.

Наявність лігніну утруднює доступність ферментів до біополімерів, тому гідроліз з лігніновмісними біополімерами відбувається за більш високих температур.

Біоетанол одержують трьома м-дами:1)гідроліх і ферментація, що проводяться як окремі процеси; 2)гідроліз і ферментація разом;3)ензим на ферментація.

Підготовка сировини:гниття і подрібнення, ферментація, дистиляція за допомогою перегінного апарата з використанням різниці температур кипіння, далі йде ретифікація, вводять луг і перманганат.

Застосування чистого етанолу замість бензину потребує внесення змін у конструкцію двигуна. Використання спиртів та сполук на їх основі на серійних бензинових двигунах, без значних змін в конструкції, можливе лише при обмеженому додаванні їх до основного палива (бензину).

На сьогодні, для зменшення обсягу імпорту нафти та нафтопродуктів, доцільно організувати виробництво паливного спирту, який можна використовувати як домішку до світлих нафтопродуктів. При використанні 6-12 % домішки спирту до бензину немає потреби у змінах в конструкції двигунів автомобілів при цьому маємо наступні переваги:

- збільшується октанове число моторного палива, що веде до зменшення енергетичних витрат при його виробництві;

- на 4-5 % збільшується коефіцієнт корисної дії двигуна;

- на 30% знижується недоспалювання палива і викиди в атмосферу продуктів згоряння, що відповідає вимогам з охорони навколишнього природного середовища.

Біодизельне паливо - це - м'яка речовина, що складається з певної кількості рослинних олій (рапс, конопля, соняшник, соя, пальма і морські водорості, риб'ячий жир і тваринні жири, пряжене і свічкове сало). Воно менш токсичне і швидко розкладається під впливом мікроорганізмів. Викиди діоксиду вуглецю в атмосферу при цьому фактично дорівнюють нулю. Тверді речовини, що викидаються при згорянні біодизельного палива, на відміну від тих, що викидаються при згорянні нафтодизельного палива, не є канцерогенними. Біодизельне паливо не містить сірки, крім тієї, якою заражений ґрунт, яка міститься у кислотних дощах або комерційному промисловому спирті, що використовується при переробці.

Потужним стимулом до розробки і використання екологічно чистих видів моторного палива є жорстке обмеження допустимих викидів з відпрацьованими газами.Сьогодні у країнах ЄС частка рідкого біопалива не перевищує 0,5% загального використання моторних олив, мінерального дизелю та бензину. Це пояснюється насамперед високою вартістю виробництва, що робить рідке біопаливо неконкурентоспроможним стосовно традиційного пального з нафти. Проте, через високу собівартість, виробництво рідкого палива з біомаси у країнах ЄС динамічно зростає. Передусім це стає можливим завдяки екологічно продуманій на державному рівні економічній політиці. (таблиця).

Для получения качественного продукта необходимо выдержать ряд требований:

1. После прохождения реакции переэтерификации содержание метиловых эфиров должно быть выше 96 %.
2. Для быстрой и полной переэтерификации метанол берется с избытком, поэтому метиловые эфиры необходимо очистить от него.
3. Использовать метиловые эфиры в качестве топлива для дизельной техники без предварительной очистки от продуктов омыления недопустимо. Мыло засорит фильтр и образует нагар, смолы в камере сгорания. При этом сепарации и центрифугирования недостаточно. Для очистки необходима вода или сорбент.
4. Заключительный этап — сушка метиловых эфиров жирных кислот. Так как вода приводит к развитию микроорганизмов в биодизеле и способствует образованию свободных жирных кислот, вызывающих коррозию металлических деталей.
5. Хранить биодизель более 3 месяцев не рекомендуется — разлагается.

Биодизель, как показали опыты, при попадании в воду не причиняет вреда растениям и животным. Кроме того, он подвергается практически полному биологическому распаду: в почве или в воде микроорганизмы за 28 дней перерабатывают 99 % биодизеля, что позволяет говорить о минимизации загрязнения рек и озёр.

Сокращение выбросов СО₂. При сгорании биодизеля выделяется ровно такое же количество углекислого газа, которое было потреблено из атмосферы растением, являющимся исходным сырьём для производства масла, за весь период его жизни. Биодизель в сравнении с обычным дизельным топливом почти не содержит серы. Это хорошо с точки зрения экологии.

Высокая температура воспламенения. Точка воспламенения для биодизеля превышает 100 °С, что позволяет назвать биотопливо относительно безопасным веществом.

Производство

Под производство сырья для биодизеля отчуждаются большие земельные площади, на которых нередко используют повышенные дозы средств защиты растений. Это приводит к биодеградации грунтов и снижению качества почв.

С другой стороны, жмых, получаемый в процессе производства растительного масла, используется в качестве корма для скота, что позволяет более полно утилизировать биомассу растения.

Технологія процесу скл.з 3-х етапів: приймання сировини, очищення, пресування (одно або багатостадійне) після вижимки одержана олія стікає в резервуар, з якого відділяють тв..частинки. для виробництва біогазу використовується фільтрація і нейтралізація. Далійде р-я етерифікації. В залежності від методу застосовують суміш кислот і фракцію разом з різним вмістом гліцерину. Холодна – з заст.. лужного каталізатора, і гаряча – 240 град і тиск 10МПа (потрібно більше метанолу, заст на великих підприємствах) Міститься 2 фази: світла – ефірна (продукти неповної етерифікації, жирні кислоти і метанол) темна – гліцеролова (міститься олії, гліцерин, метанол, етанол, суміш мила тощо)

При производстве биодизеля в результате реакции этерификации получается смесь, которой дают отстояться. Легкие верхние фракции продукта и являются рапсовым метил-эфиром, или биодизельным топливом. Нижние фракции являются так называемой глицериновой фазой, которую часто неправильно называют глицерином. На самом деле до чистого глицерина её ещё нужно «довести», без чего её хранение и утилизация представляют серьёзную проблему из-за повышенной щелочности и содержания метанола. Те же проблемы возникают при использовании для этерификации этанола. Впрочем, биодизель на этаноле производить менее выгодно из-за большей плотности.

Базова технологія отримання біогазу:

1.Циклічна технологія з використанням каталізатора (65 град, від 20хв до 2 год, 1,5% кат від маси масла, вихід ефіру:85від маси біодизелю)

+ простота техн. Процесу, невелика вартість технологічної лінії, використання сировини невисокої якості)

- Невеликий вихід метилового ефіру, довге проходження реакції

2.Безкаталізаторна циклічна технологія (30 град, тиск, 5-10хв, розчинник – тетрагідрофуран, вихід метилового ефіру: 98% від маси біодизелю)

+ високий вихід метилового ефіру, невисока температура і швидка реакція, чистота продуктів

-дороговизна та агресивність розчинника, необхідність використання додаткового обладнання.

3.Багатореакторна неприливна технологія(80-160град, тиск2-3 атм, 6-109хв, 1%кат від маси масла, вихід ефіру – 98%)

+високий вихід, безперервність процесу, швидка р-я

-важкість технологічного процесу, висока вартість технологічної лінії, чутливість до якості сировини

СХЕМА З ЗОШИТА

Достоинства

• Хорошие смазочные характеристики. Биодизель, несмотря на значительно меньшее содержание серы, характеризуется хорошими смазочными свойствами, что продлевает срок жизни двигателя. Это вызвано его химическим составом и содержанием в нём кислорода..
• Увеличение срока службы двигателя. При работе двигателя на биодизеле одновременно производится смазка его подвижных частей, в результате которой, как показывают испытания, достигается увеличение срока службы самого двигателя и топливного насоса в среднем на 60 %. Важно отметить, что нет необходимости модернизировать двигатель.
• Высокая температура воспламенения. Точка воспламенения для биодизеля превышает 150°С, что делает биогорючее сравнительно безопасным веществом.
• Побочный продукт производства — глицерин, имеющий широкое применение в промышленности. Очищенный глицерин используют для производства технических моющих средств (например, мыла). После глубокой очистки получают фармакологический глицерин/При добавлении фосфорной кислоты к глицерину можно получить фосфорные удобрения.

Недостатки

• В холодное время года необходимо подогревать топливо, идущее из топливного бака в топливный насос, или применять смеси 20 % биодизеля и 80 % солярки марки В20.
• Долго не хранится (около 3 месяцев)
• Производство топлива из растений занимает сельскохозяйственные площади.

От чего нужно очистить биодизель?
Метиловые эфиры изготавливают из любых видов растительных или животных жиров и при этом не всегда используется рафинированный жир – в нем присутствую механические примеси. При соединении жира и щелочи образуется мыло, которое окажется в эфирах.

Кроме того, осаждение глицерина будет происходить не очень равномерно и какая – то его часть останется в биодизеле даже спустя 5 – 6 часов. При изготовлении биодизеля используется метанол и, как правило, в избыточном количестве, что приводит к тому, что в биодизеле содержится некоторое количество свободного метанола.

В итоге, в готовом, но не очищенном биодизеле присутствуют: механические примеси;
продукты омыления; свободный глицерин; свободный метанол;

Что будет если биодизель не чистить?
Если биодизель по какой-либо причине не очищался, то это приведет как минимум к повреждению узлов и агрегатов двигателя. При температуре окружающей среды менее 10 град.С вы увидите в биодизеле мутный осадок, который забьет фильтровальную систему вашей техники. А при минусовой температуре вообще не даст работать двигателю. Глицерин будет в любое время года создавать нагар в поршневой группе, что приведет к залеганию колец и, как следствие, выходу из строя двигателя. Метанол в теплое время года будет испаряться в топливном баке, накапливаясь в верхней его части и при первом удобном случае (неосторожном обращении с огнем или замыкании электропроводки) просто взорвется. Кроме того, метанол оставит свой след в двигателе – поршень прогорит достаточно быстро, если до этого момента не погорят клапана.

Вплив домішок на якість біодизелю

Вода: корозія деталей, ріст м-о, які забивають фільтри (зменшеннявпливу: подвійна очистка, вакуу, додавання антибіотику)

Вільний гліцерин: утворення відкладень (промивка)

Зв’язаний гліцерин (утворення карбонових частк на палвних форсунках іпоршневих кільцях, кристалізація. (дотримання технології)

Спирт:зменшення т-ри загорання, зменшення змащувальних властивостей(промивка з подальшим вакуумуванням)

Жирні к-ти, масла: золоутворення(промивка з подальшим вакуумуванням)

Нерекись водню: окиснення біопалива, розрушення гумових прокладок, утворення нерозчинних клеїв та осадів (промивка з подальшим вакуумуванням)

Біометанол – не відрізняєьбся від синтетичного.Використовується як компонент до бензину. На сьогодні його застосування обмежене.